基于HNC-210B华中数控系统的雕铣机床控制
2015-04-25罗敏刘凌云陈凌云陈志楚
罗敏，刘凌云，陈凌云，陈志楚
(湖北汽车工业学院电气工程系，湖北十堰442002)
数控雕铣机 (CNC Engraving and Milling Machine)是数控机床的一种。顾名思义，数控雕铣机可以雕、也可铣，与雕刻机相比:主轴、进给伺服电机功率、床身承受力更大，同时保持主轴的高速，更重要的是精度很高。其优点是:可进行比较细小的加工，加工精度高;可对软金属进行高速加工;缺点是:由于刚性制约不可能进行重切削。
图1 多系统切换控制数控雕铣机
EM5060 数控雕铣机床原控制系统为基于PMAC运动控制卡的工控机控制方案。为了能在该机床上实施国产数控系统的性能测试和比对等工作，特此将该机床改造为多系统切换控制的数控雕铣机床。新增的2 种国产数控系统分别是华中数控系统和广州数控系统，见图1。文中将专门介绍华中数控系统对EM5060 雕铣机的控制方案。
1 华中数控硬件方案
硬件方案以华中210BM 数控装置，匹配三洋交流伺服搭建半闭环控制系统，配置框图见图2。X、Y、Z 3 个坐标轴配750 W 三洋伺服电机，最高转速3 000 r/min，增量编码器2 000 线/转。3 个进给伺服电机均经过弹性联轴器与滚珠丝杠相连，丝杠螺距均为5 mm。X、Y 轴伺服电机无抱闸，型号P50B08075HS1J;Z 轴伺服电机带抱闸，型号P50B08075HCS1J;3 个伺服电机均匹配三洋RS1A03AA 伺服驱动器。主轴速度控制接口使用模拟量10 V 接口，配台达VFD037V43A 变频器，所驱动电主轴额定功率3 kW。系统配置远程I/O，包括2 个PNP 型16 点输入模块和2 个NPN 型16 点输出模块。
图2 数控系统硬件配置框图
2 华中HNC-08MD 数控软件
(1)HNC-08MD 系统文件的构成
HNC-08MD 系统文件全部存放在CF 卡，即系统C 盘下HNC-08MD 目录，它包含以下文件夹和文件。在HNC-210BM 固化数控装置中采用非固化的系统软件，需将HNC-08MD 系统软件拷贝到CF 卡内，更改A 盘的AUTOEXEC. BAT 文件，使其开机后自动地运行C 盘的HNC-08MD 软件目录下的N. BAT 文件即可。
BPT:存放系统所保存“断点文件”的一个文件夹。
DATA:存放系统所有参数、数据之类的文件。
DLX:主要存放系统的驱动等文件的动态链接库文件夹。
EXT:存放系统扩展程序的文件夹。
FONT:存放系统字库的文件夹。
MENU:存放系统菜单文件的文件夹。
PLC:存放PLC 相关的一些文件及文件夹。
PROG:存放加工程序的文件夹。
CNTBLE. DAT:进行中文输入的中文字库选择表。
CWSDPMI. EXE:DOS16 和DOS32 切换的一个文件。
HCNC. ICO:公司图标。
N. BAT:系统启动文件，选择启动的主体文件及加载密码。
NCO8KEL. CFG:系统的配置文件。
NC08V112. EXE:系统的主体运行程序，由N. BAT 调用。
PARAM. NOT:参数的注释文件，在参数设置表中对参数项进行注释说明，可以以文本方式打开。
TRIP. CHR:字体文件。
V. EXE:可以查看系统的各个文件的版本信息。
WATTCP. CFG:TCP/IP 协议的配置文件。
(2)NC08KEL. CFG 系统配置文件修改
DRV=． DLX DRV210B. DLX;配置面板驱动路径
PLC=． PLC PLCV30. PLC;配置PLC 路径
PLCDATA=． PLC data210B;配置PLC 数据文件路径
DATAPATH=． DATA ;配置系统参数文件的路径
PROGPATH=． PROG ;配置系统G 代码文件的路径
BPTPATH=． BPT ;配置系统保存断点的文件路径
EXTPATH=． EXT ;配置系统扩展代码的文件路径
HLPPATH=． HELP ;配置系统帮助文件路径
SLVNUM=5;配置系统从站数目。
PLATFORM=NC;系统运行环境选择NC。
(3)系统启动文件N. BAT
nc08v13 %1
执行当前目录下的nc08v13 文件进入系统。%1为带参数的批处理。此方式进系统，无任何权限，需手动输入权限:系统级:sys;机床级:mac;用户级:user。
(4)HNC-08MD 系统软件的DOS 启动
①ALT+Q，进入DOS;
②DOS 下执行“pssd clrwp a:”，清除a 盘写保护;
③进入a 盘，更改a 盘的autoexec. bat 文件，在该文件中去掉autorun，增加:
C:
CD HNC-08MD
N
使其进入CF 卡所在的C 盘，再进入HNC-08MD目录，运行N. BAT。
④更改a 盘下config. sys 文件，去掉HIMEM 和EMM386 两个扩展内存驱动，使08MD 系统获得更大的内存。
⑤DOS 下执行“pssd writeback a:”，进行a 盘回写。
3 进给伺服驱动的连接与设定
数控系统伺服接口XS31 ～XS33 分别与三洋伺服驱动器CN1 接口相连，具体连接如图3 所示。该伺服接口信号由三部分信号组成: (1)从三洋伺服驱动器反馈给数控系统的编码器信号; (2)从数控系统发给伺服驱动器的“脉冲+方向”位置指令;(3)数控系统与伺服驱动器间一般输入输出信号，如“报警复位”、 “伺服打开”、 “轴准备好”等信号。图3 中，Y7.0、Y7.2、Y7.4 分别是X、Y、Z 轴的“报警复位”信号;Y7.1、Y7.3、Y7.5 分别是X、Y、Z 轴的“伺服打开”信号;X9.0、X9.1、X9.2分别是X、Y、Z 轴的“轴准备好”信号。
图3 伺服驱动接口
伺服驱动器与伺服电机的连接参见图4，该图给出X 轴驱动器的连接，其他轴与之类似。驱动器动力电源采用三相200 V 交流电源，从CNA 之R、S、T 端子接入;驱动器控制电源采用单相200 V 交流电源，从CNA 之r、t 端子接入。驱动器CN2 是编码器反馈接口。
图4 伺服驱动器与伺服电机的连接
按照图3 和图4 的伺服连接，还需要对伺服驱动和数控系统的相关参数进行匹配设定。三洋伺服驱动器系统参数和一般参数的设定分别见表1 和表2，与之相匹配的主要华中数控系统参数见表3。
表1 三洋伺服驱动器系统参数设定
表2 三洋伺服驱动器一般参数设定
表3 华中数控系统逻辑轴配置表设定
4 主轴驱动的连接及设定
主轴驱动使用10 V 模拟量接口，其连接如图5所示。
图5 主轴驱动的连接
(1)数控系统侧主轴参数整定
P0352 =12 000:主轴A 挡最高转速。当系统指令S12000 时，XS91 主轴控制接口输出10 V 模拟电压。
P0371 =1:主轴A 挡减速比。
(2)台达变频器参数整定
P00 =01:主频率输入由模拟信号0 ～10 V 输入(AVI)。
P01 =01:01:运转指令由外部端子控制，键盘STOP 键有效。
P03 =400:最高操作频率400 Hz，与10 V 模拟电压对应。
5 机床坐标轴零点的建立
机床回参考点的过程示意图如图6 所示，包括3个阶段:
(1)从点A 开始回零，运行至点B 检测到回零挡块被压下的信号，开始减速，至点C 停止。这是回零的第一阶段，属于高速运动阶段，其移动速度在参数3021 ～3023 (对应X、Y、Z 轴)中设定，均设为5 000 mm/min。
(2)从点C 开始反向，至点D 检测到回零挡块松开后，开始减速，至点E 停止。然后再反向，至点F 再次检测到回零挡块被压下的信号。这是回零的第二阶段，属于低速运动阶段，其移动速度在参数3031 ～3033 (对应X、Y、Z 轴)中设定，均设为200 mm/min。
(3)第二阶段到点F 检测到回零挡块被压下的信号后，即进入回零第三阶段，找零阶段。由于电机编码器零脉冲宽度有限，因此找零阶段的速度不能设太高。此阶段运动速度在参数3041 ～3043 (对应X、Y、Z 轴)中设定，均设为20 mm/min。
图6 回零过程示意图
6 结束语
采用华中数控系统实现EM5060 雕铣机床的控制，于2013年6月成功投入运行。现总结如下:
(1)华中数控HNC-210B 系统是一款基于工控机的开放式数控系统，既可以使用其固化的210BM 系统软件，也可以改装08MD 等其他非固化式系统软件。改装08MD 软件最大的好处是支持PLC 梯形图编程。
(2)华中数控HNC-210B 系统伺服控制接口采用脉冲序列方式，主轴控制接口采用10 V 模拟量，均可以方便地与第三方伺服驱动和主轴驱动进行连接和匹配。
(3)华中数控HNC-210B 系统除提供本地I/O外，还可以连接远程I/O 模块。
(4)华中数控HNC-210B 系统的伺服接口中除编码器反馈信号和脉冲指令外，还配置了通用I/O 接口，以方便数控系统与伺服驱动之间的握手信号连接。
［1］武汉华中数控股份有限公司．HNC-08M 数控系统操作说明书［M］．2011．
［2］武汉华中数控股份有限公司．HNC-210 数控装置连接说明书［M］．2009．
［3］呼刚义，王丽洁．基于华中数控系统的ZJK7532A 数控钻铣床升级改造［J］．制造业自动化，2011(21):146－148．
［4］高健，李文．基于华中数控系统的进给伺服轴的调试［J］．机械工程师，2011(6):111－113．
［5］中达电通股份有限公司．VFD-M 使用手册［M］．2008．
［6］呼刚义．PLC 源程序在华中世纪星维修实验台中编译及加载的实现［J］．机床与液压，2011，39(22):141－142．
